胶原蛋白是生命体内含量最丰富的蛋白质之一,其广泛存在于动物皮肤、骨骼和跟腱等组织中,也是水产、畜牧等农产业加工废弃物(鱼皮、鱼鳞、牛跟腱、猪皮等)的主要成分之一。由于天然胶原蛋白具有优异的生物相容性、良好的生物降解性以及低免疫原性,因而在食品科学、医学美容、生物材料等领域得到广泛使用。自组装是天然胶原蛋白的最重要分子行为特征之一。在体内,胶原蛋白首先通过分子间疏水作用、氢键、离子键等相互作用形成微纤维,微纤维再进一步聚集成胶原纤维,从而为皮肤、跟腱、瓣膜等组织提供强大的生物力学性能。在体外,具有三螺旋结构的胶原蛋白在理想的浓度、温度、p H等条件下也能自组装形成胶原纤维或胶原凝胶,且经过自组装所形成的产物在机械性能、热稳定性和生物学性能都有显著提升。正因为此,基于胶原自组装行为的认知和产品的构建引起了科学工作者的极大关注。近年来,利用天然胶原自组装分子行为所构筑的胶原纤维和胶原凝胶已被成功应用于食品科学、生物材料、医学美容等领域。但是,胶原的不同应用领域对其性能提出了差异化的需求。在此背景下,实现胶原自组装分子行为调控并进而调节自组装产物性能非常重要。手性是自然界的基本属性之一,小到基本粒子、原子核、简单的无机分子和高级的生物大分子,大到人体结构、天体运动以至浩渺宇宙,物质在其存在形态和运动方式上都与分子手性密切相关。大量的研究表明,分子手性在核酸组装、蛋白质吸附以及细胞粘附、生长和增殖中扮演着非常重要的角色。然而,分子手性对天然胶原自组装的调控作用缺乏认知。鉴于此,本部分将牛跟腱胶原为模板,通过D(L)-谷氨酸的引入探讨分子手性对天然胶原自组装分子行为的调控作用。结果表明,D-谷氨酸存在下牛跟腱胶原自组装的速率快于相应的L-谷氨酸体系。同时,L-谷氨酸体系中自组装所形成的胶原纤维展现出更大的直径。而且,与L-谷氨酸体系相比,D-谷氨酸体系中胶原凝胶具有更好的热稳定性和更优越的机械性能。纳米尺寸是纳米材料重要的性质之一,也是影响纳米材料性能的主要因素。研究表明,纳米尺寸对纳米材料在药物靶向输送、生物传感、生物成像、生物编码等领域的应用前景和性能具有重要的影响。但是,纳米尺寸对牛跟腱胶原自组装行为的影响尚不明晰。基于此,本部分将以牛跟腱胶原为研究对象,利用氧化石墨烯的尺寸可调性开展纳米尺寸对胶原自组装分子行为的影响研究。结果表明,氧化石墨烯的引入抑制了胶原自组装,且尺寸较大氧化石墨烯的抑制效果更强。同时,与尺寸较小氧化石墨烯相比,尺寸较大氧化石墨烯的引入可以得到热稳定更优、吸水性能更强的胶原纤维。而且,在尺寸较大氧化石墨烯存在下牛跟腱胶原自组装所构建的胶原凝胶具有更好的机械性能。这些结果表明,分子手性和纳米尺寸有望成为天然胶原自组装分子行为和产物性能调控的新手段,并有助于拓展天然胶原的应用范围。